辛田

　　在电影《星际穿越》中男主角库珀及时逃离了一个黑洞，只为看到自己弥留
之际的女儿墨菲。不少人认为这一部电影很符合科学道理，它应该被学校收录为
科普教材之一。但是在现实中，却有很多科学家相信任何被吸入黑洞之中的物体
都会因为引力迅速加大而被摧毁，然而一项最新的研究结果表明事情也许并非如
此。

　　该研究表示相比我们之前想象的黑洞会「吞噬」掉入其中的物体，当人类跌
入黑洞之中时，他或许实际上就成为了一种全息影像，甚至连他本人也不知道自
己已经脱离了肉胎凡身。这一论文挑战了学界对于黑洞的传统看法，在传统观点
中科学家们认为任何人如果跌入黑洞之中就会撞到火焰墙上瞬间被摧毁。

　　霍金的黑洞



　　40年前，斯蒂芬？霍金的研究发现震惊了科学界，他提出黑洞其实并不「黑」。
说黑洞「黑」其实是指它就像宇宙中的无底洞，它不会向外界发射或反射任何光
线，也不会发射或反射其他形式的电磁波，任何物质一旦掉进去似乎就再不能逃
出。但是霍金以量子力学为基础，提出在考虑到量子效应时，黑洞会像「蒸发」
那样持续稳定地向外辐射粒子。但不幸的是，对于典型的天体黑洞来说，这种辐
射的温度远远低于周边的宇宙环境，这就意味着仅凭人类现有科技还很难检测到
这一现象。

　　霍金的这一算法是令人费解的。如果黑洞持续地向外辐射粒子，那么它就会
持续地失去自身质量，直至最后蒸发殆尽。霍金意识到这其中其实存在着一个悖
论：如果一个黑洞能够因为向外辐射能量而浓缩蒸发掉，那么其中所有的信息都
将丧失。这也就意味着即使我们能够测量从黑洞之中发出的辐射，我们也无法从
中得到它最初形成时期的信息。这已经违反了量子力学中重要的信息守恒法则：
物质信息不能够被创造，也不会被丧失。

　　从另一个角度来看，霍金辐射通过黑洞向拉普拉斯决定论提出了质疑。拉普
拉斯的宇宙决定论认为宇宙像时钟那样运行，某一时刻宇宙的完整信息能够决定
它在未来和过去任意时刻的状态。一直以为科学家们根据决定论所影响的量子力
学的观点，从天文学与数学方面推演宇宙的进化过程。

　　宇宙决定论的被打破之后，研究者们就不得不用爱因斯坦的引力场理论来对
量子力学进行调和，这是一个物理学上著名的难题，对于很多物理学家来说都是
终其一生研究的终极目标。黑洞物理学为任何可能的量子引力理论提供了测试的
对象。不管你的理论观点如何，它都必须要能够解释那些记录了黑洞历史的物质
信息到底发生了什么。

　　科学家花费了二十年的时间，终于找出了一个解决方案。他们认为黑洞之中
存储的物质信息与其表面积成正比（二维空间），而不是像过去那样所认为的与
其体积成正比（三维空间）。这一结论通过量子引力理论是可以解释的通的，三
维空间可以被重构为没有重力的二维世界，就像全息影像一般。该结论得出不久
之后，量子引力理论中被研究最多的弦理论也证实了全息影像一般的二维世界存
在的可能性。

　　使用全息宇宙理论的概念，我们能够将蒸发浓缩之后的黑洞认识成一个没有
重力的二维世界，量子力学中通用的一般规则是可以对其进行解释的。这个过程
是确定的，但是也存在小小的不完美之处，那就是想要通过黑洞辐射出的能量粒
子来构建黑洞形成的历史信息是很困难的。虽然全息宇宙理论告诉我们黑洞当中
的物质信息并没有丢失，然而根据霍金提出的结论想要追踪这些信息却难于上青
天。

　　毛毛球与火墙



　　虽然前人做出了各种尝试想要解释与研究黑洞，但是想要通过量子理论中对
黑洞进行准确的描述却并非易事。在 2003 年，Samir Mathur博士提出黑洞实际
上就是一个毛毛球，它并不存在特别明确的边界。黑洞边缘地区的量子潮汐将记
录黑洞的历史，Mathur的这一观点解决了信息守恒的悖论。不过这一观点也备受
争议，因为在这个观点中，人如果跌入黑洞这个毛毛球之后所遭遇的事情与传统
观点所认为的那样被毁灭完全不一样，而传统的「被毁灭」的看法是能够被爱因
斯坦的广义相对论所解释的。

　　在广义相对论所描述的黑洞当中，一旦你越过黑洞的边界，你就会被它吸的
越陷越深。当你深陷其中，空间与时间都无限弯曲，直到它们达到一种被称为「
奇点」的状态，在此时物理定律已经不复存在（在现实当中，因为受到了强烈的
潮汐力的撕扯，在这段追寻奇点的旅程一开始时你就已经死翘翘了）。

　　在 Mathur 所构想的宇宙中，所有的一切都逃不出这个模糊不定的边界。目
前量子引力理论坚持认为如果有人掉入黑洞当中就会触碰到「火墙」并立即被摧
毁，然而这种「火墙」的假设也一直饱受争议（毛毛球理论就对其提出了反驳），
因为火墙的存在其实也无法被广义相对论中的黑洞所解释。

　　Mathur认为从一个局外人的角度来说，如果有人掉入了毛毛球之中，其实看
上去和掉入爱因斯坦理论中的黑洞是非常相似的，虽然他们所经历的事情大不相
同。在我们看来这种火墙还是毛毛球的争论可能仅仅只是因为他们所依赖的参数
属性不同。Mathur描述了一种非常特别的毛毛球状态来证明自己的观点，这种特
殊理论上的毛毛球状态可能与用于描述真实天文学意义上的黑洞的毛毛球是完全
不同的。

　　关于人掉入黑洞之中到底会发生什么的争论可能会长期地持续下去。关键性
的问题并不是理解在人在黑洞边缘地区将作为全息影像被重建，而是这个过程是
怎么发生的。

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• nanren01 金币 +6 感谢分享，论坛有您更精彩！ 2015-7-1 15:38